JP2004235909A - 弾性表面波フィルタ及びそれを用いた通信機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の電極指から成る櫛歯状電極を備えた複数モードのSAW共振子を2段縦続接続した弾性表面波フィルタにおいて、1段目SAW共振子の電極指の配置と2段目SAW共振子の電極指の配置が平行移動することによりほぼ一致する配置関係で形成されている。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電基板上に平衡入力または平衡出力を行う平衡信号電極と、不平衡出力または不平衡入力を行う不平衡信号電極とを備えて成る共振器型の弾性表面波フィルタに関するものである。
【0002】
【従来技術とその課題】
近年、移動体通信機器等の小型・軽量化および低コスト化のため、使用部品の削減が進められ、弾性表面波フィルタに新たな機能の付加が要求されてきている。その1つに不平衡入力−平衡出力型または平衡入力−不平衡出力型に構成できるようにするといった要求がある。ここで平衡入力または平衡出力とは、信号が2つの信号線路間の電位差として入力または出力するものをいい、各信号線路の信号は振幅が等しく、位相が逆相になっている。これに対して、不平衡入力または不平衡出力とは、信号がグランド電位に対する1本の線路の電位として入力または出力するものをいう。
【0003】
従来の弾性表面波フィルタは、一般的に不平衡入力−不平衡出力型弾性表面波フィルタ(以下、不平衡型弾性表面波フィルタという)であるため、弾性表面波フィルタの後段に接続される回路や電子部品が平衡入力型となっている場合は、弾性表面波フィルタと後段との間に、不平衡−平衡変換器(以下、バランともいう)を挿入した回路構成を採っていた。同様に弾性表面波フィルタ前段の回路や電子部品が平衡出力型となっている場合は、前段と弾性表面波フィルタとの間にバランを挿入した回路構成となっていた。
【0004】
現在、バランを削除するために、弾性表面波フィルタに不平衡−平衡変換機能または平衡−不平衡変換機能を持たせた、不平衡入力−平衡出力型弾性表面波フィルタまたは平衡入力−不平衡出力型弾性表面波フィルタ(以下、平衡型弾性表面波フィルタという)の実用化が進められている。
【0005】
例えば、複数個並設したIDT(Inter Digital Transducer)電極の弾性表面波伝搬路の両端に、弾性表面波を効率よく共振させるための反射器電極が設けられた共振器型電極パターンにおいて、通過帯域内での振幅と位相のバランス度の向上が求められている。ここで、振幅と位相のバランス度とは、信号が2つの信号線路間の電位差として入力または出力するもので、各信号線路の信号の振幅の大きさが等しいほど振幅のバランス度が優れており、また、各信号の位相の差が180°に等しいほど位相のバランス度が優れているといえる。
【0006】
図12に従来までの平衡入出力に対応した共振器型弾性表面波フィルタを示す。圧電基板201上に配置させたIDT電極203は、一対の互いに対向させた櫛歯状電極に電界を加え、弾性表面波を励振させるものである。その原理により、IDT電極203に入力信号を加えることで、励振された弾性表面波がIDT電極203の両側に位置する、出力信号用のIDT電極202,204に伝搬される。IDT電極202、204の一方の櫛状電極から出力信号端子212、他方から出力信号端子213へ信号が伝わり平衡出力される。また、共振器型電極パターンを2段縦続接続させることにより、フィルタ特性の帯域外減衰量の向上ができる構成となっている。
【0007】
上記のような共振器型弾性表面波フィルタでは、IDT電極202、204の対向する櫛状電極の電極本数、配置された位置、または、寄生容量を発生させる要因となる周辺の電極パターンなど構造が異なるために、出力信号端子212、213に伝わる信号が互いに振幅が異なり、また位相が逆相からずれてしまい、その結果、バランス度の劣化した共振器型弾性表面波フィルタしか得られなかった。
【0008】
また近年、弾性表面波フィルタは各種通信機器の小形化、無調整化に一役を担っている。そして、通信機器の高周波数化、高機能化の進展にともない、弾性表面波フィルタの広帯域化の要求が益々増大してきている。例えば、900MHz帯携帯電話用のフィルタとしては、実効通過帯域幅35MHz以上(比帯域幅約3.7%以上)の高性能な広帯域フィルタが要求されている。なお、比帯域幅BRは、BR=BW/fc(BWは帯域内挿入損失が3dBにおける通過帯域幅、fcは帯域内挿入損失が3dBにおける通過帯域の中心周波数)であらわすことができる。また帯域内のバランス度についても高性能化が要求されており、例えば、900MHz帯携帯電話用のフィルタとしては、振幅バランス度は0.5dB以下、位相バランス度は5度以下の高性能なバランスフィルタが要求されている。
【0009】
このような広帯域化、バランスフィルタを実現するために、従来、様々な方法が提案されている。例えば、3個のIDT電極(1対の櫛歯状電極を互いに対向させた電極)を設け、縦1次モードと縦3次モードを利用した、いわゆる2重モード弾性表面波共振子フィルタ(以下、共振器型フィルタともいう)が知られている。
【0010】
図13に示すように、両端に位置する反射器電極107により弾性表面波が反射され、反射器電極107,107間で定在波となる。この定在波のモードには、3つのIDT電極により1次モードとその高次(3次)モードが含まれる。これらのモードで発生する共振周波数で通過特性が得られるため、共振周波数の間隔を制御することにより、通過帯域を広くさせることができる。なお、図中、105,106はIDT電極間部位、108はIDT電極と反射器電極間部位、111は入力信号端子、112は接地端子、113,115は出力信号端子である。
【0011】
また従来、このモード間の周波数制御に、全てのIDT電極を同じピッチLにし、かつ、中央およびその両側に位置するIDT電極の端部(IDT電極間部位)105,106における電極指中心間の間隔dの制御により、前記のモード間の周波数を制御する方法がとられていた。また、出力信号用のIDT電極に容量を付加して周波数を制御していた。
【0012】
このため、従来の2重モード弾性表面波共振器フィルタでは、例えば圧電基板としてLiTaO3単結晶の基板を用いた場合、比帯域幅(中心周波数に対する通過帯域幅の値)は約0.40%程度(特許文献1を参照)、または高々2%程度しか得られていなかった(特許文献2を参照)。また、最大の帯域幅で3.7%が実現されているが(特許文献3を参照)、前記したように、システムの占有帯域幅の比率が3.7%であるため、フィルタとしては温度変動と作製時のばらつき変動の周波数分が必要であることから、広い通過帯域幅が要求されている携帯電話等の通信機器への適用には問題があった。
【0013】
また従来の2重モード弾性表面波共振器フィルタでは、3個並んだIDT電極の内、中央に配置された電極を偶数対にすることによりバランス特性を改善する方法が採られていた。
【0014】
しかしながら、従来の2重モード弾性表面波共振器フィルタでは、例えば圧電基板としてLiTaO3単結晶の基板を用いた場合,振幅バランス度は1.2dB程度、位相バランスは11度程度しか得られていなかった(特許文献4を参照)。
【0015】
そこで本発明は、挿入損失が良好であり、通過帯域幅が広く、さらには高性能なバランス度を有した、優れた弾性表面波フィルタを提供することを目的とする。
【0016】
〔特許文献1〕
特開平1−231417号公報
〔特許文献2〕
特開平4−40705号公報
〔特許文献3〕
特開平7−58581号公報
〔特許文献4〕
特開平14−84164号公報
【0017】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の共振器型の弾性表面波フィルタは、圧電基板上に、3個以上のIDT電極から成り、且つ各IDT電極を構成する複数の電極指の配列方向が弾性表面波の伝搬方向に沿った共振器型電極パターンを、2段に縦続接続して配置して成るとともに、前記2段の共振器型電極パターンは、共に略同一の電極指の繰り返し形状をなすことを特徴とする。
【0018】
また、前記構成において、前記2段の共振器型電極パターンにおいて、1段目の共振器型電極パターンで生じる振幅バランス特性と、2段目の共振器型電極パターンで生じる振幅バランス特性とが、0dBを基準にほぼ対称な特性となるように、前記2段の共振器型電極パターンを配置したことを特徴とする。
【0019】
また、前記2段の共振器型電極パターンにおいて、1段目の共振器型電極パターンで生じる位相バランス特性と、2段目の共振器型電極パターンで生じる位相バランス特性とが、0度を基準にほぼ対称な特性となるように、前記2段の共振器型電極パターンを配置したことを特徴とする。
【0020】
また、前記2段の共振器型電極パターンのうち、少なくとも一方の共振器型電極パターンを構成する1以上のIDT電極において、電極指間の平均距離が異なる領域を有していることを特徴とする。
【0021】
また上記構成のいずれかであって、前記2段の共振器型電極パターンのうち、少なくとも一方の共振器型電極パターンを構成する互いに隣合うIDT電極間において、該IDT電極間の電極指間の距離が、周囲の電極指間の距離と略同等であることを特徴とする。
【0022】
また、前記2段の共振器型電極パターンにおいて、少なくとも一方の共振器型電極パターンに複数の反射器電極を設けるとともに、少なくとも一つの反射器電極の周期長を他の反射器電極の周期長と異なるようにしたことを特徴とする。
【0023】
また、前記2段の共振器型電極パターンにおいて、少なくとも一方の共振器型電極パターンを構成するIDT電極間に、反射器電極を介在させたことを特徴とする。
【0024】
また、前記2段の共振器型電極パターンにおいて、少なくとも一方の共振器型電極パターンを構成する奇数個のIDT電極のうち、中央に位置するIDT電極を2分割して平衡入出力用としたことを特徴とする。
【0025】
また本発明の通信機は、上記いずれかの構成の弾性表面波フィルタを、受信回路及び/または送信回路を備え、前記受信回路及び/または前記送信回路に接続されるバンドパスフィルタとして用いたことを特徴とする。
【0026】
さらに具体的には、本発明の弾性表面波フィルタは、圧電基板上に3個以上のIDT電極を弾性表面波の伝搬方向に沿って並設して成る共振器型電極パターンを2段縦続接続した弾性表面波フィルタにおいて、1段目SAW共振子の電極指の配置と2段目SAW共振子の電極指の配置が平行移動することによりほぼ一致した同じ構造となることを特徴とする。
【0027】
または、複数の電極指から成る櫛歯状電極を備えた複数モードのSAW共振子を2段縦続接続した弾性表面波フィルタにおいて、1段目SAW共振子の振幅バランス特性と2段目SAW共振子の振幅バランス特性が0dBを基準にほぼ対称な特性であることを特徴とする。
【0028】
または、複数の電極指から成る櫛歯状電極を備えた複数モードのSAW共振子を2段縦続接続した弾性表面波フィルタにおいて、1段目SAW共振子の位相バランス特性と2段目SAW共振子の位相バランス特性が0度を基準にほぼ対称な特性であることを特徴とする。
【0029】
または、複数の電極指から成る櫛歯状電極を備えた複数モードのSAW共振子を2段縦続接続した弾性表面波フィルタにおいて、2段SAW共振子の一方または両方のSAW共振子の電極指の中心から隣の電極指の中心までの平均距離を異なるようにしたことを特徴とする。
【0030】
または、複数の電極指から成る櫛歯状電極を備えた複数モードのSAW共振子を2段縦続接続した弾性表面波フィルタにおいて、2段SAW共振子の一方または両方の隣り合うIDT電極間の間隔が周囲の電極指間の間隔と同等ととしたことを特徴とする。
【0031】
または、複数の電極指から成る櫛歯状電極を備えた複数モードのSAW共振子を2段縦続接続した弾性表面波フィルタにおいて、2段SAW共振子の一方または両方のIDT電極と隣り合う反射器の周期長を異ならせたことを特徴とする。
【0032】
または、前記2段縦続接続した弾性表面波フィルタは、1段目のSAW共振子と2段目の共振子のどちらか一方または両方において、第1、第2のIDT電極の間と、第2、第3のIDT電極の間に反射器をさらに挿入して多重反射させることを特徴とする。
【0033】
または、複数の電極指から成る櫛歯状電極を備えた複数モードのSAW共振子を2段縦続接続した弾性表面波フィルタにおいて、2段目の共振器型弾性表面波フィルタの中央のIDT電極の内、一方の電極指を2分割して平衡入出力させ、かつ1段目と分割した2段目の中央のIDT電極の電極指の数をほぼ等しくしたことを特徴とする。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を模式的に図示した図面に基づいて詳細に説明する。
【0035】
図1に本発明に係る弾性表面波フィルタの平面図を示す。
【0036】
図1に示す弾性表面波フィルタの場合は、IDT電極を3つSAW伝搬方向に沿って並設し、これらIDT電極を挟むように反射器を配置した共振器型と呼ばれる電極パターンを2段接続したものである。すなわち、圧電基板1上に、3個以上のIDT電極2,3,4から成り、且つ各IDT電極を構成する複数の電極指の配列方向が弾性表面波の伝搬方向に沿った共振器型電極パターンを、2段に縦続接続して配置して成るとともに、前記2段の共振器型電極パターンは、共に略同一の電極指の繰り返し形状をなすことを特徴とする。つまり、1段目の共振器型電極パターンから成る1段目SAW共振子の電極指の配置と2段目の共振器型電極パターンから成る2段目SAW共振子の電極指の配置が平行移動することによりほぼ一致した同じ構造となっている。
【0037】
一方の共振器型電極パターンの中央に位置するIDT電極3を不平衡入力部または出力部とし、不平衡入出力端子10と接地端子11に接続している。そして、両端に位置するIDT電極2,4を接地端子11と他方の共振器型電極パターンの両端に位置するIDT電極6,8に接続している。また、他方の共振器型電極パターンの中央に位置するIDT電極7を平衡入力部または平衡出力部とし、第1平衡入出力端子12と第2平衡入出力端子13に接続している。そして、両端に位置するIDT電極6,8は双方とも接地電極11に接続している。図1に示す弾性表面波フィルタの場合も共振器パターンが2つで構成されているため高減衰量であるフィルタ特性が得られる点で有利である。また、上記の構造にすることにより振幅バランス、位相バランスともに従来構造の共振器型弾性表面波フィルタより改善される。
【0038】
なお、IDT電極2,3,4とIDT電極6,7,8および反射器電極5の電極指の本数は数本〜数100本にもおよぶため、その形状を簡略化して図示している。以下、弾性表面波フィルタを示す図面においては、全て同様に簡略化して図示するものとする。
【0039】
図2は、第1の実施例の共振器型弾性表面波フィルタの電極構造の変形例を示す平面図である。
【0040】
図1と同様に、圧電基板1上にIDT電極を3つSAW伝搬方向に沿って並設し、これらIDT電極を挟むように反射器を配置した共振器型と呼ばれる電極パターンを2段接続したものである。1段目SAW共振子の電極指の配置と2段目SAW共振子の電極指の配置が平行移動することによりほぼ一致した同じ構造となっている。
【0041】
SAW共振子の中央部に位置し、且つ互いに噛み合わない1段目のIDT電極2,3,4において、任意の電極指の中心から隣の電極指の中心までの平均距離が他の領域と異なる領域14,15が形成されている。また、同様に2段目のIDT電極6,7,8において、任意の電極指の中心から隣の電極指の中心までの平均距離が他の領域と異なる領域16,17が形成されている。
【0042】
具体的には、不平衡信号電極であるIDT電極3,および平衡信号電極であるIDT電極2を複数配置させ、その両端に反射器電極5を載置させることは、従来構造と同様であるが、本発明の構造では、SAW共振子の中央部に位置し、且つ互いに噛み合わない1段目のIDT電極2,3,4および2段目のIDT電極6,7,8において、任意の電極指の中心から隣の電極指の中心までの平均距離が他の領域と異なる領域14,15および16,17を形成させることで異なるモードを発生させることにより、振幅および位相バランスを制御するようにしている。すなわち、2段の共振器型電極パターンにおいて、1段目の共振器型電極パターンで生じる振幅バランス特性と、2段目の共振器型電極パターンで生じる振幅バランス特性とが、0dBを基準にほぼ対称な特性となるように、前記2段の共振器型電極パターンを配置している。また、前記2段の共振器型電極パターンにおいて、1段目の共振器型電極パターンで生じる位相バランス特性と、2段目の共振器型電極パターンで生じる位相バランス特性とが、0度を基準にほぼ対称な特性となるように、前記2段の共振器型電極パターンを配置している。
【0043】
ここで、1段目の中央に配置されたIDT電極3は不平衡入力用または不平衡出力用のIDT電極であり、2段目の中央に配置されたIDT電極7は平衡入力用または平衡出力用のIDT電極である。出力用のIDT電極を形成している1対の電極のうち、一方を出力1とすると、他方が出力1に対して振幅が同じ大きさで位相が逆相になっている出力2となり、平衡型の動作を行う。
【0044】
また、IDT電極2,3間のギャップd1とIDT電極6,7間のギャップd1およびIDT電極3,4間のギャップd2とIDT電極7,8間のギャップd2が、その周囲の電極指部における電極指間のギャップと同等とすることも併用できる。
【0045】
さらに、2段SAW共振子の一方または両方のIDT電極と隣り合う反射器の周期長を異ならせることを併用することにより挿入損失を改善することができる。
【0046】
以上、このような構造にすることにより挿入損失を改善することができる。
【0047】
さらに、通過帯域幅を広く確保することが可能となり、振幅バランス、位相バランスをともに改善することができる。
【0048】
次に、本発明の電極構成の変形例を図3、図4に示す。なお、図1と同様な構成については説明を省略するものとする。
【0049】
図3は、第1の実施形態の共振器型弾性表面波フィルタのさらに他の変形例の電極構造を示す平面図である。中央のIDT電極の電極指の数が奇数となっていることを特徴とする。
【0050】
図4は、第1の実施形態の共振器型弾性表面波フィルタのさらに他の変形例の電極構造を示す平面図である。図3と同様に中央のIDT電極の電極指の数が奇数となっていることを特徴とする。さらに図2の電極構造と同様に、2段SAW共振子の一方または両方のSAW共振子の電極指の中心から隣の電極指の中心までの平均距離を異なるようにした構造、IDT電極間のギャップを隣接するIDTの電極指間の間隔と同等とする構造および2段SAW共振子の一方または両方のIDT電極と隣り合う反射器の周期長を異ならせる構造の内、全てを有するかまたは少なくとも1つの構造を有することを特徴とする。
【0051】
図5は、第2の実施形態の共振器型弾性表面波フィルタの電極構造を示す平面図である。2段縦続接続した弾性表面波フィルタは、1段目のSAW共振子と2段目の共振子のどちらか一方または両方において、第1、第2のIDT電極の間と、第2、第3のIDT電極の間に反射器をさらに挿入して多重反射させている。このような構造にすることにより挿入損失を改善することができる。
【0052】
図6は、第2の実施形態の共振器型弾性表面波フィルタの電極構造の他の変形例を示す平面図である。図5と同様に中央のIDT電極の電極指の数が奇数となっていることを特徴とする。さらに図2の電極構造と同様に、2段SAW共振子の一方または両方のSAW共振子の電極指の中心から隣の電極指の中心までの平均距離を異なるようにした構造、IDT電極間のギャップを隣接するIDTの電極指間の間隔と同等とする構造および2段SAW共振子の一方または両方のIDT電極と隣り合う反射器の周期長を異ならせる構造の内、全てを有するかまたは少なくとも1つの構造を有することを特徴とする。
【0053】
図7は、第3の実施形態の共振器型弾性表面波フィルタの電極構造を示す平面図である。この構造では、2段目の共振器型弾性表面波フィルタの中央のIDT電極の内、一方の電極指を2分割して平衡入出力させている。さらに、1段目と分割した2段目の中央のIDT電極の電極指の数をほぼ等しくしている。
【0054】
一方の共振器型電極パターンの中央に位置するIDT電極3を不平衡入力部または出力部とし、不平衡入出力端子10と接地端子11に接続している。そして、両端に位置するIDT電極2,4を接地端子11と他方の共振器型電極パターンの両端に位置するIDT電極6,8に接続している。
【0055】
第2のIDT電極7は、IDTを構成する一対の電極指のうち一方の電極指が、2つの電極指7a,7bに分割されており、第1平衡入出力端子314と第2平衡入出力端子315に接続している。そして、両端に位置するIDT電極43,44は双方とも接地電極34に接続している。
【0056】
このような構造にすることにより振幅バランスと位相バランスがともに改善することができる。
【0057】
図8は、第3の実施形態の共振器型弾性表面波フィルタの電極構造の他の変形例を示す平面図である。さらに図2の電極構造と同様に、2段SAW共振子の一方または両方のSAW共振子の電極指の中心から隣の電極指の中心までの平均距離を異なるようにした構造、IDT電極間のギャップを隣接するIDTの電極指間の間隔と同等とする構造および2段SAW共振子の一方または両方のIDT電極と隣り合う反射器の周期長を異ならせる構造の内、全てを有するかまたは少なくとも1つの構造を有することを特徴とする。
【0058】
図9から図11に第4の実施形態の振幅バランス特性と位相バランス特性の模式図を示す。図9の(a)には、1段目SAW共振子の振幅バランス特性を図9の(b)には、1段目SAW共振子の位相バランス特性を示す。また、図10の(a)には、2段目SAW共振子の振幅バランス特性を図10の(b)には、2段目SAW共振子の位相バランス特性を示す。図11に図9の1段目SAW共振子と図10の2段目SAW共振子が2段縦続接続した場合の振幅バランス特性と位相バランス特性を、それぞれ図11の(a)と(b)に示す。
【0059】
複数の電極指から成る櫛歯状電極を備えた複数モードのSAW共振子を2段縦続接続した弾性表面波フィルタにおいて、1段目SAW共振子の振幅バランス特性と2段目SAW共振子の振幅バランス特性が0度を基準にほぼ対称な特性とし、さらに1段目SAW共振子の位相バランス特性と2段目SAW共振子の位相バランス特性が0度を基準にほぼ対称な特性とすることにより振幅バランス度、位相バランス度をともに改善することができる。
【0060】
上述のように電極指間の平均距離が異なる領域をSAW共振子の中央部に形成させることで帯域幅の制御をすることができ、さらにその領域を3種類のIDT電極における中央に配置されたIDT電極3,7に形成することにより低挿入損失を維持しながら、帯域を広げられることがわかった。
【0061】
また、SAW共振子を接続することで減衰極を形成することができ、電極指周期を調整することにより要求される仕様を満たすように特性を制御できることが判明した。さらに複数の共振子の電極周期を異なるように設計することにより減衰極を複数形成、制御することができ、さらに高度に要求される仕様を満たす設計ができることが判明した。
【0062】
なお、図1から図8の弾性表面波フィルタの電極構造において、これに限定されるものではなく、2つの反射器電極の間に少なくとも3つのIDT電極を配するとともに、これら3つのIDT電極のうち中央に位置するIDT電極を不平衡入力部または不平衡出力部とし、かつ両端に位置するIDT電極を平衡出力部または平衡入力部としたものであれば、多数段に構成したりすることもできる。
【0063】
また、弾性表面波フィルタ用の圧電基板1として、36°±3°YカットX伝搬タンタル酸リチウム単結晶、42°±3°YカットX伝搬タンタル酸リチウム単結晶、64°±3°YカットX伝搬ニオブ酸リチウム単結晶、41°±3°YカットX伝搬リチウム単結晶、45°±3°XカットZ伝搬四ホウ酸リチウム単結晶は電気機械結合係数が大きく、かつ、周波数温度係数が小さいため圧電基板として好ましい。圧電基板の厚みは0.1mm〜0.5mm程度がよく、0.1mm未満では圧電基板がもろくなり、0.5mm超では材料コストと部品寸法が大きくなり、使用できない。
【0064】
また、IDT電極2,3,4は、AlもしくはAl合金(Al−Cu系、Al−Ti系)からなり、蒸着法、スパッタ法、またはCVD法などの薄膜形成法により形成する。電極厚みは0.1μm〜0.5μm程度とすることが弾性表面波フィルタとしての特性を得るうえで好適である。
【0065】
さらに、本発明に係る弾性表面波フィルタの電極および圧電基板上の弾性表面波伝搬部にSi、SiO2、SiNx、Al2O3を保護膜として形成して、導電性異物による通電防止や耐電力向上を行ってもかまわない。
【0066】
また、本発明の弾性表面波フィルタを通信機に適用してもよい。すなわち、受信回路及び/または送信回路を備え、前記受信回路及び/または前記送信回路に接続されるバンドパスフィルタとして用いる。例えば、送信回路から出力された送信信号をミキサでキャリア周波数にのせて、不要信号をバンドパスフィルタで減衰させ、その後、パワーアンプで送信信号を増幅して、デュプレクサを通ってアンテナより送信することができる送信回路を備えたもの、及び/または、受信信号をアンテナで受信し、デュプレクサを通って、受信信号をローノイズアンプで増幅し、その後、バンドパスフィルタで不要信号を減衰して、ミキサでキャリア周波数から信号を分離し、この信号を取り出す受信回路へ伝送するような受信回路を備えた通信機に適用可能であり、通信機の感度を向上させることができる。
【0067】
【実施例】
本発明に係る弾性表面波フィルタを具体的に試作した実施例について説明する。
【0068】
38.7°YカットのLiTaO3単結晶の圧電基板上に、図1に示すようなAl(99重量%)−Cu(1重量%)による微細電極パターンを形成した。IDT電極2の対数は17対、IDT電極3,4の対数は15対、電極の周期はIDT電極2,3,4ともに2.25μmとした。パターン作製には、スパッタリング装置、縮小投影露光機(ステッパー)、およびRIE(Reactive Ion Etching)装置によりフォトリソグラフィを行った。
【0069】
まず、基板材料をアセトン・IPA等によって超音波洗浄し、有機成分を落とした。次に、クリーンオーブンによって充分に基板乾燥を行った後、電極の成膜を行った。電極の成膜にはスパッタリング装置を使用し、Al−Cu1wt%合金から成る材料を用いた。このときの電極膜厚は約0.3μmとした。
【0070】
次に、フォトレジストを約0.5μmの厚みにスピンコートし、縮小投影露光装置(ステッパー)により、所望形状にパターニングを行ない、現像装置にて不要部分のフォトレジストをアルカリ現像液で溶解させ、所望パターンを表出した後、RIE(Reactive Ion Etching)装置により電極膜のエッチングを行ない、パターンニングを終了し、梯子型弾性表面波フィルタを構成する弾性表面波共振器の電極パターンを得た。
【0071】
この後、前記電極の所定領域上に保護膜を作製した。すなわち、CVD(Chemical Vapor Deposition)装置により、電極パターンおよび圧電基板上にSiO2を約0.02μmの厚みに形成した。その後、フォトリソグラフィによってフォトレジストのパターニングを行ない、RIE装置等でフリップチップ用窓開け部のエッチングを行った。その後、スパッタリング装置を使用し、Alを主体とする電極を成膜した。このときの電極膜厚は約1.0μmとした。その後、フォトレジストおよび不要箇所のAlをリフトオフ法により同時に除去し、フリップチップ用バンプを形成するパッドを完成した。
【0072】
次に、上記パッドにAuからなるフリップチップ用バンプを、バンプボンディング装置を使用し形成した。バンプの直径は約80μm高さは約30μmである。
【0073】
次に、基板をダイシング線に沿ってダイシング加工を施し、チップごとに分割した。その後、各チップをフリップチップ実装装置にて電極形成面を下面にしてパッケージ内に接着した。その後、N2雰囲気中でベークを行ない、弾性表面波フィルタを完成した。パッケージは2.5×2.0mm角の積層構造のものを用いた。
【0074】
比較用サンプルとして、図12に示すような微細電極パターンも上記と同様な工程で作製を行った。IDT電極102の対数は17対、IDT電極103,104の対数は15対、電極の周期はIDT電極102,103,104ともに2.25μmとした。
【0075】
次に、本実施例における弾性表面波フィルタの特性測定を行った。0dBmの信号を入力し、周波数782MHz〜982MHz、測定ポイント数801ポイントの条件にて測定した。サンプル数は30個、測定機器はアジレント・テクノロジー社製マルチポート・ネットワークアナライザE5071Aである。
【0076】
通過帯域近傍の周波数特性グラフを図14、15、16に示す。ここで、図14はフィルタの伝送特性を表す挿入損失の周波数依存性を示すグラフである。図15はフィルタのバランス度を表す振幅バランスの周波数依存性を示すグラフである。図16はフィルタのバランス度を表す位相バランスの周波数依存性を示すグラフである。
【0077】
本発明品のフィルタ特性は非常に良好であった。図14の実線に示すように、通過帯域内869MHz〜894MHzの挿入損失は約2.8dB以下であった。図15の実線に示すように通過帯域内869MHz〜894MHzの振幅バランスは約±0.3dB以下であった。図16の実線に示すように通過帯域内869MHz〜894MHzの位相バランスは約±4度以下であった。
【0078】
これに対して、比較サンプルとして作製した従来構造の弾性表面波フィルタは、図14の点線に示すように、通過帯域内869MHz〜894MHzの挿入損失は約2.8dB以下であった。図15の点線に示すように通過帯域内869MHz〜894MHzの振幅バランスは約±1.2dB以下であった。図16の点線に示すように通過帯域内869MHz〜894MHzの位相バランスは約±9度以下であった。挿入損失は従来と変化なく、振幅バランスは約0.9dB、位相バランスは約5度の改善が見られた。
【0079】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の弾性表面波フィルタによれば、2つの共振器型電極パターンから成る2つのSAW共振子のバランス特性を適切に組み合わせることにより、挿入損失、振幅バランス、位相バランスともに従来より非常に優れた弾性表面波フィルタを提供できる。さらに、フィルタ特性の通過帯域幅を広帯域化した品質的に優れた弾性表面波フィルタを実現することができる。
【0080】
また請求項2の発明によれば、1段目SAW共振子の振幅バランス特性と2段目SAW共振子の振幅バランス特性が0度を基準にほぼ対称な特性とすることにより振幅バランス度を改善することができる。
【0081】
また請求項3の発明によれば、1段目SAW共振子の位相バランス特性と2段目SAW共振子の位相バランス特性が0度を基準にほぼ対称な特性とすることにより位相バランス度を改善することができる。
【0082】
また請求項4の発明によれば、振幅バランスおよび位相バランスを制御することができ、従来の共振器型フィルタより挿入損失、振幅バランス、位相バランスをともに改善できる。さらに、フィルタ特性の通過帯域幅を広帯域化できる。
【0083】
また請求項5の発明によれば、挿入損失が改善できる。通過帯域幅を広帯域化できる。
【0084】
また請求項6の発明によれば、2段SAW共振子の一方または両方のIDT電極と隣り合う反射器の周期長を異ならせたことにより挿入損失を改善することができる。
【0085】
また請求項7の発明によれば、第1、第2のIDT電極の間と、第2、第3のIDT電極の間に反射器をさらに挿入して多重反射させることにより挿入損失を改善することができる。
【0086】
また請求項8の発明によれば、振幅バランスと位相バランスがともに改善することができる。
【0087】
さらに請求項9の発明によれば、通信機の感度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の弾性表面波フィルタの構成例を模式的に示す平面図である。
【図2】本発明の弾性表面波フィルタの構成例を模式的に示す平面図である。
【図3】本発明の弾性表面波フィルタの構成例を模式的に示す平面図である。
【図4】本発明の弾性表面波フィルタの構成例を模式的に示す平面図である。
【図5】本発明の弾性表面波フィルタの構成例を模式的に示す平面図である。
【図6】本発明の弾性表面波フィルタの構成例を模式的に示す平面図である。
【図7】本発明の弾性表面波フィルタの構成例を模式的に示す平面図である。
【図8】本発明の弾性表面波フィルタの構成例を模式的に示す平面図である。
【図9】本発明の弾性表面波フィルタにおける1段目SAW共振子の構成図と振幅バランスおよび位相バランスの周波数特性を示すグラフである。
【図10】本発明の弾性表面波フィルタにおける2段目SAW共振子の構成図と振幅バランスおよび位相バランスの周波数特性を示すグラフである。
【図11】本発明の弾性表面波フィルタにおける1段目SAW共振子および2段目SAW共振子を縦続接続したときの振幅バランスおよび位相バランスの周波数特性を示すグラフである。
【図12】従来の弾性表面波フィルタの構成例を示す平面図である。
【図13】従来の弾性表面波フィルタの構成例を示す平面図である。
【図14】本発明の弾性表面波フィルタにおける通過帯域近傍の挿入損失の周波数特性を示すグラフである。
【図15】本発明の弾性表面波フィルタにおける通過帯域近傍の振幅バランスの周波数特性を示すグラフである。
【図16】本発明の弾性表面波フィルタにおける通過帯域近傍の位相バランスの周波数特性を示すグラフである。
【符号の説明】
1,101,201 :圧電基板
2,3,4,6,7,8,102,103,104,202,203,204,205,206,207,208 :IDT電極
105,106 :IDT電極間部位
5,9,107,205,209 :反射器電極
8 :IDT電極と反射器電極間部位
10,111,210 :入力信号端子
11,112,211 :接地端子
12,13,113,115,212,213 :出力信号端子
14,15,16,17,18,19,20,21:電極指間の幅が異なる領域
Claims (9)
- 圧電基板上に、3個以上のIDT電極から成り、且つ各IDT電極を構成する複数の電極指の配列方向が弾性表面波の伝搬方向に沿った共振器型電極パターンを、2段に縦続接続して配置して成るとともに、前記2段の共振器型電極パターンは、共に略同一の電極指の繰り返し形状をなすことを特徴とする弾性表面波フィルタ。
- 前記2段の共振器型電極パターンにおいて、1段目の共振器型電極パターンで生じる振幅バランス特性と、2段目の共振器型電極パターンで生じる振幅バランス特性とが、0dBを基準にほぼ対称な特性となるように、前記2段の共振器型電極パターンを配置したことを特徴とする請求項1に記載の弾性表面波フィルタ。
- 前記2段の共振器型電極パターンにおいて、1段目の共振器型電極パターンで生じる位相バランス特性と、2段目の共振器型電極パターンで生じる位相バランス特性とが、0度を基準にほぼ対称な特性となるように、前記2段の共振器型電極パターンを配置したことを特徴とする請求項1に記載の弾性表面波フィルタ。
- 前記2段の共振器型電極パターンのうち、少なくとも一方の共振器型電極パターンを構成する1以上のIDT電極において、電極指間の平均距離が異なる領域を有していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の弾性表面波フィルタ。
- 前記2段の共振器型電極パターンのうち、少なくとも一方の共振器型電極パターンを構成する互いに隣合うIDT電極間において、該IDT電極間の電極指間の距離が、周囲の電極指間の距離と略同等であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の弾性表面波フィルタ。
- 前記2段の共振器型電極パターンにおいて、少なくとも一方の共振器型電極パターンに複数の反射器電極を設けるとともに、少なくとも一つの反射器電極の周期長を他の反射器電極の周期長と異なるようにしたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の弾性表面波フィルタ。
- 前記2段の共振器型電極パターンにおいて、少なくとも一方の共振器型電極パターンを構成するIDT電極間に、反射器電極を介在させたことを特徴とする請求項6に記載の弾性表面波フィルタ。
- 前記2段の共振器型電極パターンにおいて、少なくとも一方の共振器型電極パターンを構成する奇数個のIDT電極のうち、中央に位置するIDT電極を2分割して平衡入出力用としたことを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の弾性表面波フィルタ。
- 請求項1乃至8のいずれかに記載の弾性表面波フィルタを、受信回路及び/または送信回路を備え、前記受信回路及び/または前記送信回路に接続されるバンドパスフィルタとして用いたことを特徴とする通信機。
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